5.2.10 多时隙符号级调度

多时隙调度(Multi-slot Scheduling)是5G NR采用的一种上行覆盖增强技术,即一个DCI可以一次性调度多个slot的PUSCH或PUCCH,这样gNB可以对多个slot的PUSCH信号进行合并解调,取得更好的等效SINR。多时隙调度在LTE等以前的OFDM无线通信系统中就曾使用过,包括时隙聚合(Slot Aggregation)和时隙重复(Slot Repetition)两种类型。时隙聚合是将在多个时隙中传输的数据版本进行联合编码,以在接收端获得解码增益。时隙重复并不对多个时隙的数据进行联合编码,只是简单地将一个数据版本在多个时隙中重复传输,实现能量积累,相当于重复编码。R15 5G NR对PUSCH和PDSCH采用了时隙聚合,对PUCCH采用了时隙重复,PUSCH和PUCCH在RRC半静态配置的N个连续的时隙中重复传输。之所以采用半静态配置而非DCI动态指示,是因为时隙数量是由终端的信道路损决定的,而终端所处的覆盖位置不会动态变化,因此半静态调整也就够了,可以节省DCI开销。

在LTE中,由于是基于时隙进行调度,Multi-slot Scheduling只需要指示时隙的数量即可。但在5G NR系统中,由于是采用符号级调度,且采用了灵活的上下行配比(DL/UL Assignment)和时隙结构(Slot Format),造成在各个时隙中给PUSCH、PUCCH分配符号级资源成为一个比较复杂的问题。

首先需要解决的问题是,是否允许在不同时隙中调度不同的符号级资源?第一种选择是在各个时隙中分别分配不同的符号级资源,如图5-28所示,假设调度给终端4个时隙,可以在4个时隙里为PUSCH的4次重复(Repetition)分别分配不同的符号级资源。这种方法虽然可以获得最大的调度灵活性,但需要在DCI的TDRA域里包含4个符号级指示信息,原则上信令开销会增加3倍。第二种选择是在各个时隙中均分配相同的符号级资源,即如图5-29所示,在4个时隙里为PUSCH的4次重复分配完全相同的符号级资源。这种方法的好处是不需要额外增加TDRA域开销,但对调度灵活性影响很大。

最终,5G NR标准决定采用第二种选择,即牺牲调度灵活性,采用低开销的“所有时隙采用相同符号级分配”的调度方法。这种方法对基站调度有较多限制,尤其是解决和上下行配比之间的冲突更为困难。

图5-28 针对不同时隙分别指示不同的符号级资源

图5-29 针对不同时隙指示相同的符号级资源

5G NR系统支持灵活的TDD(时分双工)操作,即不像LTE那样采用固定的TDD帧结构,而是可以半静态的配置或动态的指示哪些时隙、符号用于上行,哪些时隙、符号用于下行。5G NR的灵活TDD设计详见5.6节,这里不作赘述。本节只讨论多时隙调度如何处理和上下行资源的冲突问题。由于在灵活TDD时隙结构下,连续传输的N个时隙中经常难以保证全部为上行资源,如果出现上下行资源冲突,原定分配给上行信道的部分符号是无法使用的。在这种情况下,有两种可能的解决方案。

· 方案1:舍弃掉冲突所在的时隙,即在原定分配的N个时隙中,能传输几个时隙就传输几个时隙。

· 方案2:将冲突的时隙先后顺延,即依次在无冲突的时隙中传输,直至完成N个时隙的重复传输。

有意思的是,这两个方案在R15 5G NR标准中都得到了采用,即PUSCH多时隙传输采用了方案1,PUCCH多时隙传输采用了方案2。

方案1(如图5-30所示),基站调度终端在连续4个时隙内发送PUSCH。假设TDD上下行分配(DL/UL Allocation)如图5-30所示[实际NR TDD系统在下行和上行之间还有灵活(Flexible)符号,这里仅作示意,如何判断一个符号是否可用于上行传输,详见5.6节所述],在时隙1、2、4与分配给PUSCH的符号级资源没有冲突,但时隙3的前半部分为下行,不能用于上行传输,存在资源冲突,因此时隙3无法满足PUSCH重复3的传输。按照方案1,PUSCH传输将舍弃PUSCH重复3,仅在时隙1、2、4中传输另外3个重复。这种方案实际上是一种“尽力而为”的多时隙传输,比较适合PUSCH这种数据信道。

图5-30 NR PUSCH采用方案1处理与上下行分配冲突的多时隙调度

方案2(如图5-31所示),基站调度终端在连续4个时隙内发送PUCCH。在时隙1、时隙2、时隙4与分配给PUCCH的符号级资源没有冲突,但时隙3存在资源冲突,无法满足PUCCH重复3的传输。按照方案2,PUCCH重复3将顺延到下一个能满足要求的时隙中传输,按图中示例,PUCCH重复3、重复4分别在时隙4、时隙5中传输。这种方案可以保证配置的PUCCH重复全部得以传输,比较适合PUCCH这种控制信道。

图5-31 NR PUCCH采用方案2处理与上下行分配冲突的多时隙调度